(完整版)材料科学基础复习题
名词解释
1.空间点阵：是表示晶体结构中质点周期性重复规律得几何图形.
2.同素异构：是指某些元素在t和p变化时,晶体结构发生变化得特征.
3.固溶体：当一种组分（溶剂）内溶解了其他组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体，其晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称固溶体。
4.电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。
5.间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂间隙形成的固溶体
6.晶胞:能完全反映晶格特征得最小几何单元
7.清洁表面：是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应得表面，这种表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。
8.润湿：是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。
9.表面改性：是利用固体表面的吸附特性，通过各种表面处理来改变固体表面得结构和性质以适应各种预期要求。
10.晶界：凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触面称为晶界。
11.相平衡：一个多相系统中，在一定条件下，当每一相的生成速度与它的消失速度相等时，宏观上没有任何物质在相间传递，系统中每一个相的数量均不随时间而变化，这时系统便达到了相平衡。
12.临界晶胚半径rk ：新相可以长大而不消失的最小晶胚半径.
13．枝晶偏析: 固溶体非平衡凝固时不同时刻结晶的固相成分不同导致树枝晶内成分不均匀的现象(或树枝晶晶轴含高熔点组元较多，晶枝间低熔点组元较多的现象).
14.扩散：由构成物质的微粒得热运动而产生得物质迁移现象。扩散的宏观表现为物质的定向输送。
15.反应扩散:在扩散中由于成分的变化，通过化学反应而伴随着新相的形成(或称有相变发生)的扩散过程称为“反应扩散”，也称为“相变扩散。
16.泰曼温度：反应开始温度远低于反应物熔点或系统低共熔温度，通常相当于一种反应物开始呈现显著扩散作用的温度，此温度称为泰曼温度或烧结温度。
18.相变：随自由能变化而发生的相的结构变化。
19.什么是相律：表示材料系统相平衡得热力学表达式，具体表示系统自由能、组元数和相数之间得关系。
20.二次再结晶：指少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大得过程，又称晶粒异常长大和晶粒不连续生长。
21.均匀成核:组成一定，熔体均匀一相，在结晶温度下析晶，发生在整个熔体内部，析出物质组成与熔体一致。
22.固溶强化：溶质原子加入到溶剂原子中形成固溶体，固溶体在
23.相：化学成分相同，晶体结构相同并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。
24.过冷度:实际开始结晶温度与理论结晶温度之间的差。
25.固态相变：固态物质在温度、压力、电场等改变时，从一种组织结构转变成另一种组织结构。
26.稳定分相：分相线和液相线相交(分相区在液相线上),分相后两相均为热力学的稳定相。
27.马氏体相变：一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行的相变。
28.无扩散型固态相变：在相变过程中并不要求长程扩散,只需要原子作一些微量地移动，其移动距离通常小于这些移动原子与相邻原子间的间距，并且这些原子之间保持一定的关系。
29.烧结：粉末成型体在低于熔点的高温作用下，产生颗粒间的粘结，通过物质传递迁移，使成型坯体变成具有一定几何形状和性能，即有一定强度的致密体的过程
31. 粘度：是流体（液体或气体）抵抗流动的量度。粘度物理意义：指单位接触面积、单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力。影响熔体粘度的主要因素是温度和化学组成
对错
2.作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。(√)
4.晶面与晶向具有不同的原子密度，因而晶体在不同方向上表现出不同的性质。(√)
5.高于熔点不太多的温度下，液体内部质点的排列并不是象气体那样杂乱无章的，相反，却是具有某种程度的规律性。(√)
6.固体颗粒愈小，表面曲率愈大，则蒸气压和溶解度增高而熔化温度升高。(×)
7.对纯固相：压力可显著改变粉料颗粒间的接触状态，提高固相反应速率。(√)
8.颗粒愈大，固相反应愈剧烈。(×)
＜0、结构起伏和能量起伏。(×) 10.固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG
B
11.三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。(√)
13.和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。(×)
14.在一个给定的系统中，物种数可以因分析问题的角度的不同而不同，但独立组分数是一个确定的数。（√）
15.单组分系统的物种数一定等于1。(×)
17.相图中的点都是代表系统状态的点。（×）
18.恒定压力下，根据相律得出某一系统的f = l，则该系统的温度就有一个唯一确定的值。（×）
19.单组分系统的相图中两相平衡线都可以用克拉贝龙方程定量描述。（√）
20.根据二元液系的p～x图可以准确地判断该系统的液相是否是理想液体混合物。(√)
21.在相图中总可以利用杠杆规则计算两相平畅时两相的相对的量。（√）
22.杠杆规则只适用于T～x图的两相平衡区。(×)
23.对于二元互溶液系，通过精馏方法总可以得到两个纯组分。（×）
24.二元液系中，若A组分对拉乌尔定律产生正偏差，那么B组分必定对拉乌尔定律产生负偏差。（×）
25.若A、B两液体完全不互溶，那么当有B存在时，A的蒸气压与系统中A的摩尔分数成正比。（×）
30.在稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C只随距离x变化，而不随时间t变化。（√）
32.固态相变分为形核和核长大两个基本阶段，不遵循液态物质结晶过程的一般规律。（×）
33. 分解反应受控于核的生成数目以及反应界面面积等因素。（√）
34. 对有液、气相参与的固相反应：反应不是通过固相粒子直接接触进行的，压力增大影响不明显，有时相反。（√）
简答题
1.简述晶体的性质
答： 1）均匀性 2）各向异性 3）自限性 4)对称性 5）最小内能性
2.布拉维点阵分为哪四类
答 1）简单点阵。2）体心点阵。3）底心点阵。4)面心点阵。
3.硅酸盐的结构特点：
答 1）硅酸盐的基本单元是[SiO
4]四面体。2）每个氧最多只能被两个[SiO
4
]四
面体所共有。3）[SiO
4
]四面体只能是互相孤立地在结构中存在或通过共顶点相互连接。4)Si-O-Si的结合键并不形成一直线，而是一折线。
4.晶胞选取的原则：
答： 1）选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性
2）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多
3）当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多
4）当满足上述条件的情况下，晶胞应具有最小的体积
5.晶面指数标定步骤：
答： 1）在点阵中设定参考坐标系
2）确定待定晶面在三个晶轴上的截距
3）取截距的倒数，并通分化为互质整数比，记为（hkl）
6.缺陷的含义：晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。
7.硅酸盐熔体的粘度与组成的关系
答：（1） O/Si比；(2)一价碱金属氧化物；（3）二价金属氧化物；（4）高价金属氧化物；（5）阳离子配位数；（6）混合碱效应；（7）其它化合物。
8.简述固体表面的不均匀性
答： (1) 绝大多数晶体是各向异性
(2)同一种物质制备和加工条件不同也会有不同的表面性质。
(3)晶格缺陷、空位或位错而造成表面不均匀。
(4)在空气中暴露，表面被外来物质所污染，形成有序或无序排列，也引起表面不均匀。
(5) 固体表面无论怎么光滑，从原子尺寸衡量，实际上也是凹凸不平的。
9.在固液界面上发生粘附的条件有那些？
答： (1)润湿性 (2) 粘附功（W） (3) 粘附面的界面张力 (4) 相溶性或亲和性
10.晶界的特点：
答（1）晶界易受腐蚀后很易显露出来；
（2）晶界是原子（或离子）快速扩散的通道，并易引起杂质原子（离子）偏聚，同时也使晶界处熔点低于晶粒；
（3）晶界上原子排列混乱，使之处于应力畸变状态，能阶较高，使得晶界成为固态相变时优先成核的区域。
11.相图的作用？
答：(1) 知道开始析晶的温度，析晶终点，熔化终点的温度；
(2) 平衡时相的种类；
(3) 平衡时相的组成
?预测瓷胎的显微结构
?预测产品性质
(4) 平衡时相的含量。
12.点缺陷的类型
（1）空位：
肖脱基空位－离位原子进入其它空位或迁移至晶界或表面。
弗兰克尔空位－离位原子进入晶体间隙。
（2）间隙原子：位于晶体点阵间隙的原子。
（3）置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。
13.简述固态扩散的条件
答：(1)温度足够高（2）时间足够长（3）扩散原子能固溶（4）具有驱动力：化学位梯度
14.说明固相反应的步骤
答：(1)反应物扩散到界面 (2)在界面上进行反应（3）产物层增厚
15.影响固相反应的因素有哪些？
答：（1）反应物化学组成与结构的影响（2）反应物颗粒尺寸及分布的影响（3）反应温度和压力与气氛的影响（4）矿化剂及其它影响因素
16.矿化剂在固相反应作用：
答:（1）影响晶核的生成速度（2）影响结晶速度及晶格结构（3）降低体系熔点，改善液相性质
17.简述相变过程的推动力
答：过冷度，过饱和浓度，过饱和蒸汽压
18.影响析晶能力的因素有哪些？
答：(1) 熔体的组成 (2) 熔体的结构 (3) 界面情况 (4) 外加剂
19.简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。
答: 固溶体凝固时,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化而形成的过冷.
20.为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？
答: 晶粒细化减小晶粒尺寸,增加界面面积,而晶界阻碍位错运动,提高强度; 晶粒数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提高; 晶界多阻碍裂纹扩展,改善韧性.
21.晶体结构与空间点阵的异同
异：点的属性、数目、有无缺陷；同：描述晶体中的规律性
22.间隙固溶体与间隙化合物的异同
异：结构与组成物的关系；同：小原子位于间隙位置
23.二元相图中有哪些几何规律？
相区接触法则；三相区是一条水平线…；三相区中间是由它们中相同的相组成的两相区；单相区边界线的延长线进入相邻的两相区。
24.材料结晶的必要条件有哪些？
过冷；结构起伏；能量起伏；成分起伏（合金）。
25.影响再结晶温度的因素是：
（1）预先的变形程度。 (2)原始晶粒大小。 (3)纯度及成分。(4)加热速度和保温时间。
26.简述晶体结构对扩散的影响。
答：晶体结构反映了原子（离子）在空间排列的情况；扩散时原子要发生移动就必需克服周围原子对它的作用力。原子排列越紧密，原子间的结合力愈强，此时扩散激活能就越大，而扩散系数D就愈小；因此，晶体结构紧密的物质，扩散激活能就大，扩散系数小。金属的熔点高低和熔化时潜热的大小都能反映金属内部原子间作用力的大小，反映激活能的高低。金属的熔点越高、熔化时潜热越大，原子排列就越紧密，扩散激活能就越大，扩散系数就越小。
27.相律具有什么限制性：
1)相律只适用于热力学平衡状态。平衡状态下各相的温度应相等；各相的压力应相等（机械平衡）；每一组元在各相中的化学位必须相同。
2)相律只能表示体系中组元和相的数目，不能指明组元或相的类型和含量。
3)相律不能预告反应动力学。
4)自由度的值不得小于零。
28.配位数：是指在晶体结构中，该原子（或离子）的周围，与它直接相邻结合的同种原子（或所有异号离子）的个数。
29.说明影响固溶度的因素：
答：1）原子尺寸因素：熔质和熔剂原子尺寸差别越小越容易形成置换固熔体，且固熔度越大。2）晶体结构因素：熔质和熔剂的晶体结构类型相同是形成无限固熔体的必要条件。同种间隙原子在面心立方中的熔解度大于在体心立方中的熔解度。3）化学亲和力：熔质原子与熔剂原子的负电性相差越大，异种原子间的亲和力越强，有利于增大固熔度。4）电子浓度因素：熔质元素的原子价越高，同样数量的熔质原子熔解时的电子浓度增加越快，因此其固熔度越小。
30.玻璃形成的动力学条件：熔体如果冷却速度比较快，原子不能进行充分地扩散，液态就只能转变为非晶态固体，即形成玻璃。
31.简述NaCl结构的主要特点
答；面心立方晶格（点阵型式）。正、负离子配位数为6，正、负离子半径介于0.414 0.732
32.硅酸盐玻璃与硅酸盐晶体结构上显著的差别：
(1) 晶体中Si－O骨架按一定对称性作周期重复排列，是严格有序的，在玻璃中则是无序排列的。晶体是一种结构贯穿到底，玻璃在一定组成范围内往往是几种结构的混合。
(2) 晶体中R＋或R2＋阳离子占据点阵的位置：在玻璃中，它们统计地分布在空腔内，平衡Onb的负电荷。虽从Na2O-SiO2系统玻璃的径向分布曲线中得出Na+平均被5～7个O包围，即配位数也是不固定的。
(3) 晶体中，只有半径相近的阳离子能发生互相置换，玻璃中，只要遵守静电价规则，不论离子半径如何，网络变性离子均能互相置换。(因为网络结构容易变形，可以适应不同大小的离子互换)。在玻璃中析出晶体时也有这样复杂的置换。
(4) 在晶体中一般组成是固定的，并且符合化学计量比例，在形成玻璃的组成范围内氧化物以非化学计量任意比例混合。
33.马氏体转变特点：
答： 1）相变前后存在习性平面和晶面定向关系 2）快速-声速 3）无扩散
4）在一个温度范围内
34.何谓共晶反应、包晶反应?试比较这两种反应的异同点。
答：共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。
包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。
共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。
不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。
35.简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。
答: 固溶体凝固时,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化而形成的过冷.
36.简述熔质原子在位错附近的分布
答：置换固熔体中比熔剂原子大的熔质原子往往扩散到位错线下方受拉引力的部位，比熔质原子小的熔质原子则扩散到位错线上方受压应力的部位。间隙固溶体中的熔质原子总是扩散到位错线的下方。
37.试从扩散系数公式
?
?
?
?
?
-
=
kT
Q
D
D ex p
说明影响扩散的因素。
答：从公式表达形式可以看出扩散系数与扩散激活能Q和温度有关。扩散激活能越低扩散系数较大，因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大，如晶界和位错处的扩散系数较大。温度越高，原子活性越大，扩散系数越大。
38.为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能答：这是因为形成固熔体时，熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。熔质与熔剂原子尺寸相差越大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，熔解度越小。一般来说，间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有限熔解。
39.烧结与固相反应相同点和不同点有哪些
答：相同点：均在低于材料熔点或熔融温度之下进行的；过程自始至终都至少有一相是固态。
不同点：固相反应至少有两组元参加，并发生化学反应。烧结只有单组元或两组元参加，但并不发生化学反应。
40.说明蒸发-凝聚传质的特点
答：1）坯体不发生收缩。烧结时颈部区域扩大，球的形状改变为椭圆，气孔形状改变，但球与球之间的中心矩不变。
2）坯体密度不变。气孔形状的变化对坯体一些宏观性质有可观的影响，但不影响坯体密度。
3）物质需加热到可以产生足够蒸气压的温度。
41.从工艺角度考虑，在烧结时需要控制的主要变量有：
答： 1）烧结时间 2）颗粒半径r的影响 3）温度T的影响
42.晶粒生长影响因素有哪些？
答：（1）夹杂物（杂质、气孔等）的阻碍作用
（2）晶界上液相的影响：粗的起始颗粒的二次再结晶的程度要小
（3）晶粒生长极限尺寸：原始粒度不均匀、温度偏高、烧结速率太快、坯体成型压力不均匀及存在局部不均匀液相等。
43.二次再结晶的影响因素
答：（1）晶粒晶界数（原始颗粒的均匀度）（2）起始物料颗粒的大小
（3）工艺因素
选择题
1.比较下面两个晶体结构图，指出哪一个是三斜，哪一个是斜方。（B A）
A B
2. 求证FCC 晶胞的边长
4r=根号2a a=2R根号2
3. 下图给出立方晶体的4个晶面，在图下标注的指数中选择一个答案。（CAAB）
4.在立方晶系中，晶向指数与晶面指数相同时，则晶面与晶向。（b）
a、平行
b、垂直
5.固溶体的晶体结构与相同。（b）
a、溶质
b、溶剂
c、不同于溶剂和溶质的其它晶型
d、a、b、c都有可能
6. 置换原子的固溶度可以较大，而间隙原子的固溶度很小。（A）
A 是
B 否
7.由于晶体中的间隙很小，所以间隙原子一般都是小原子。（A）
A 是
B 否
8.下列说法错误的是（C）
A. 空位在不停地运动，遇到间隙原子时就会与其合并而消失。
B. 空位和空位运动到一起就会形成复合空位。
C. 晶体中的空位是固定不动的。
9.如果成核速率和生长速率u的极大值相隔比较远，则容易形成：（A）A．玻璃体 B.晶体 C.熔融体
10. 热分解反应总是从晶体中某一点开始，形成反应的（A）。
A. 核
B. 界面
C. 缺陷
11. 金属结晶需要一定的过冷度。（A）
A 是
B 否
12. 金属液体在熔点温度保温，则（C）
A. 需要很长时间才能结晶；
B. 到熔点温度就会结晶；
C. 永不结晶。
C 在熔点保温，就是没有过冷。
13. 过冷度是理论结晶温度（即熔点T m）与实际结晶温度之差。（A）
A 是
B 否
14. 下述哪些现象结晶时出现？（A B）
A. 在低于熔点的温度下结晶才能进行；
B. 结晶时有热量放出；
C. 液态金属冷却到熔点时就开始结晶。
15. 形成临界晶核时需要的形核功由什么提供？（B）
A. 由外界加热提供；
B. 由能量起伏提供；
C. 由体积自由能提供。
16.临界晶核有可能继续长大，也有可能消失（熔化）。（A）
A 是
B 否
因为临界晶核形成时能量增大到最高，此时无论晶核继续长大，还是减小，都可以使能量降低，所以都是自发过程。故这两种可能都存在。
17. 下述说法哪些正确？在相同过冷度的条件下，（A B C D）
A. 非均匀形核比均匀形核的形核率高；
B. 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径；
C. 非均匀形核比均匀形核需要的形核功小；
D. 非均匀形核比均匀形核的临界晶核体积小。
18. 当接触角θ = π时，，晶核的形状为（C）
A. 半球形；
B. 小于半球的球冠；
C. 球形。
当接触角θ= π时，就是均匀形核了，所以晶核是球形。
19. 下述说法哪些正确？非均匀形核时，θ角越小，形核越容易。这是因为(ABC)
A. 临界晶核的体积和表面积越小；
B. 形核需要的过冷度越小；
C. 需要的形核功越小。。
21.可以使铸态金属或合金的晶粒细化的常用方法有：(B)
A. 增大冷却速度，变质处理
B. 变质处理，提高过冷度，振动、搅拌
C. 实行单向凝固，变质处理，振动、搅拌
能够增加晶核数量的方法都可以细化晶粒，常用的方法主要是变质处理，提高过冷度，振动、搅拌。
22.制取单晶体的技术关键是保证液体结晶时只有一个晶核。(A)
A 是
B 否
27在非稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C也是只随距离x变化，而不随时间t 变化。(B)
A. 是
B. 否
在非稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C不只是随距离x变化，而且也随时间t 变化。
28扩散通量J 的定义为：扩散组元在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量，单位为：kg / m2 ·s。(A)
A. 是
B. 否
29根据菲克第一定律，扩散组元的浓度梯度越大，则扩散通量J越大, 扩
散越快。(A)
A. 是
B. 否
因为扩散通量J和扩散组元的浓度梯度成正比，所以浓度梯度越大, 扩散通量J 越大，扩散越快。
30扩散系数D是描述扩散速度的重要物理量，D值越大则扩散越慢。（B）
A. 是
B. 否
31已知Mg(镁)在Al(铝)中的扩散常数D
= 1.2×10-4 m2/s，扩散激活能Q =131000
J/mol, 500℃时扩散系数D = 1.8×10-13 m2/s，问400℃时Mg在Al中的扩散系数D是多少？（A）
A. 8.1×10-15 m2/s
B. 1.8×10-13 m2/s
C. 2.8×10-11 m2/s
32 温度对扩散系数的影响非常显著，温度越高，则扩散系数越大。（A）
A. 是
B. 否
33怎样理解扩散原子对基体造成的晶格畸变越大，扩散则越容易。（B）
A.扩散原子具有更低的能量，需要的扩散激活能变大，扩散系数变小，所以扩散容易；
B.扩散原子具有更高的能量，需要的扩散激活能变小，扩散系数变大，所以扩散容易；
C.基体原子具有更高的能量，造成的势垒变小，扩散系数变小，所以扩散容易。
34.在相同的温度下，碳在α-Fe中的扩散比在γ-Fe中的扩散更容易，速度更快。这主要是因为：（A）
A.碳原子在α-Fe中固溶造成的晶格畸变更大;
B.其他合金元素的影响所致；
C.温度对扩散系数的影响所致。
35.烧结理论认为：粉状物料的表面能与多晶烧结体的晶界能关系是。(A) A．表面能大于界面能
B．表面能等于界面能；
C．表面能小于界面能。
36.下列过程中， ( )能使烧结产物强度增大而不产生致密化过程。(A D)
A、蒸发－凝聚
B、体积扩散
C、粘性(塑性)扩散
D、表面扩散
37.在烧结过程中，只改变气孔形状而不引起坯体致密化的传质方式有( B F)
A、晶格扩散
B、表面扩散
C、晶界扩散
D、流动传质
E、颗粒重排
F、蒸发－凝聚
G、非本征扩散
H、溶解－沉淀
计算题
1.在单胞中画出（010）、（110）、（121）（312）等晶面，画出[111] 、 [123] 、[110] 、 [211] 等晶向。
答：
2.用四轴坐标系画出六方晶系的（1120）、（1012）、（1011）等晶面及[1120] 、[2113] 、 [3125] 等晶向。
答：
3.对于立方点阵如果每个阵点放上硬球，证明可以填充的最大体积一次为0.52、0.68和0.74。
答：因为相邻两球是相切的，其中心距离是球的直径。
P点阵的球半径是a/2,球的体积是4π（a/2）3/3，每个P点阵含1个球，单胞的体积是a3，故p点阵的填充率为：4π（a/2）3/3a3＝0.5235
4.FeO具有NaCl型结构。假设Fe与O的原子数目相等，计算其密度。Fe的离子半径为0.074nm，氧离子的半径为0.140nm。
解：每个单位晶胞中有4个Fe2+和4个O2-，则
原子的体积为V＝【2（0.074+0.140）*10-9m】3＝78.4*10-30m3
原子的质量为M＝4（55.8+16）/（0.602*1024）＝479*10-24g所以密度ρ＝M/V＝479*10-24g/78.4*10-30m3＝6.1*106g/m3
5.已知一种Al-Cu二元合金含铜3wt%，铝97wt%，试问它们原子分数为多少？（铜的原子量63.55，铝的原子量2
6.98）。
解：为了简便起见，可以取100克Al-Cu合金来计算
100克Al-Cu合金中含有铜的质量为：100×3 % =3（克）
100克Al-Cu合金中含有铝的质量为：100×97 % =97（克）
再分别计算出100克Al-Cu合金中铜和铝的摩尔数：
所以铜和铝的原子分数（摩尔分数）为：
计算出铜的原子分数后，也可以按下式计算铝的原子分数：
6.固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：
(a) 成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分；
(b) 若首先凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？
(c) 成分为70%B的合金最后凝固的液体成分；
(d ) 合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固体含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？
答案： (a)~85%B。（b）~15%B。（c ）~20%B。（d）
7.分析M 组分的析晶路程及个温度下固液组分的含量
解：
8.A-B 二元合金中具有共晶反应如下：)95.0()15.0()75.0(===+?B B E
B w w t w L βα若共晶反应刚
结束时，α和β相的相对含量各占50%，试求该合金的成分。 A T B
T A
B ％
B S
S (1) T 1： 固相量 S % = 0 ; 液相量 L ％=100%;
(2) T 2： S % = M 2L 2/S 2L 2 ×100％ ；L ％ ＝M 2S 2/S 2L 2 ×
100％
(3) 刚到T E : 晶体B 未析出，固相只含A 。
到TE 后 : S % = M E E/S E E ×100％ ；L ％ ＝M E S E /S E E ×
100％
(4) 离开T E ：L 消失，晶体A 、B 完全析出。
S A % = M E B/AB ×100％ ； S B % = M E A/AB
×100％
设合金成分为c ％，由题知：
%50%10015.095.095.0%=?--=c α
得：c %＝0.55%
分析熔体M 的析晶路程
解：
9.. 何为临界晶核？物理意义是什么？
答：根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径r r>r k 的晶胚才有可能成核；而r ＝r k 的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此， 半径为“的晶胚称为临界晶核。 其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程有序的原子团，当其尺寸r ≥r k 时， 这样的原子团便可成为晶核而长大。 临界晶核半径r k ，其大小与过冷度有关，过冷度越大，临界晶核半径越小。 10.在烧结时，晶粒生长能促进坯体致密化吗？晶粒生长会影响烧结速率吗？试 说明之。 答：晶粒生长是晶界移动的结果，并不是原子定向向颈部迁移的传质过程，因而 不能促进坯体致密化。晶界移动可以引起原子跃迁，也可以使气孔移入晶粒内，从而影响烧结速率。因而晶界移动需进行控制。 B A L p=1 f=3L ?C p=2 f=2L ?A +B+C p=4 f=0L ?C+B p=3 f=1 熔体M M [C , (C)]D [C , C ＋(B)]E(L 消失)[M ，A ＋B+C] E [ F ，B+C+(A)] 11.说明影响烧结的因素？ 答：1）粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。 2）外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。 3）烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。 4）保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。 5）气氛的影响：氧化，还原，中性。 6）成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。 12.固相烧结与液相烧结的主要传质方式？固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同之处？ 答：固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质，液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。固相烧结与液相烧结的共同点是烧结的推动力都是表面能；烧结过程都是由颗粒重排、物质传递与气孔充填、晶粒生长等阶段组成。不同点是：由于流动传质比扩散传质速度快，因而致密化速率高；固相烧结主要与原料粒度和活性、烧结温度、气氛成型压力等因素有关，液相烧结与液相数量、液相性质、液-固润湿情况、固相在液相中的溶解度等有关。 13.试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力，并比较两者之大小。 答：烧结推动力是粉状物料的表面能（γsv）大于多晶烧结体的晶界能（γgb），即γsv>γgb。生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差，使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。烧结的推动力较大，约为4~20J/g。晶粒生长的推动力较小，约为0.4~2J/g，因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。 填空 1.对应于图中所示晶面的指数分别是什么？ 111 212 110 2.晶体结构、基元和空间点阵间的关系，可以示意地表示为晶体结构＝空间点阵＋基元 3.常见的晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方三种 4.间隙固溶体只能形成有限固溶体 5.按照硅氧四面体在空间的组合情况，可以把硅酸盐分成岛状、链状、层状、架状四种。 6.世界上的固态物质可分为二类，一类是晶态，另一类是非晶态。 7.等径球体的密堆积为两种：①六方最紧密堆积；②立方最紧密堆积 8.一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，则该晶面的晶面指数为（321）。杂质Ca2+取代Zr4+位置，与原来的Zr4+比，少2个正电荷，即带2个负有效电荷，该缺陷表示为Ca” Zr 9.晶体是由原子或分子在空间按一定规律、周期重复地排列所构成的固体物质。 10.固溶体按原子在点阵中排列的秩序性分：无序固溶体、有序固溶体 11.硅酸盐熔体结构（1）基本结构单元是[SiO 4 ]四面体；2）基本结构单元在熔体中以聚合物（或聚合体）的形式存在 12.只要冷却速率足够快，几乎任何物质都能形成玻璃。 13.析晶包括晶核生成与晶体长大两个过程 14.玻璃性质随温度的变化的几个特征温度：Tg称为脆性温度或玻璃转变温度。Tf称为软化温度。Tg～Tf温度范围称为玻璃转变温度范围。 15.线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 16.晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和有序性。无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。 17.B 2O 3 玻璃是唯一能用来制造有效吸收慢中子的氧化物玻璃。 18.一个相和它本身蒸汽或真空接触的分界面称为表面。一相与另一相(结构不同)接触的分界面称为界面。 19.硅酸盐材料生产中，通常把原料破碎研磨成微细粒子(粉体)以便于成型和高温烧结。 20.三元相图的三角形顶点温度最高，离顶点愈远其表示温度愈低。等温线愈密，表示液相面越陡峭。 21.固相反应中，颗粒尺寸可改变反应界面、扩散截面以及颗粒表面结构。 22.多步骤构成的固相反应中，整个过程的速度将由其中速度最慢的一环控制 23.核的形成速率以及核的生长和扩展速率决定了固相分解反应的动力学。 24.许多相变是通过成核与生长过程进行的。这两个过程都需活化能。 25.相变过程的推动力是相变过程前后自由焓的差值 26.临界晶胚半径rk愈小，愈易形成新相 27.要发生相变必须过冷。过冷度 T愈小，临界晶胚半径rK愈大，越不易形成新相。 28.结晶过程总是在一定的过冷度下进行的，过冷是结晶的必要条件 29.形核的必要条件有结构起伏、能量起伏、过冷度 30.晶体长大过程中，要使液固界面稳定迁移，就必须使界面能量始终保持最低状态，实验表明只有两种界面：光滑界面和粗糙界面; 31.位错可分为刃位错、螺位错和混合型位错; 32.界面能包含化学键能和应变能 33.上坡扩散产生的主要原因是存在有化学位梯度或应力场 34.相律是表示材料系统相平衡的热力学表达式，具体表示系统自由度、组元数和相数之间的关系 35.再结晶的驱动力是冷变形所产生储能的释放 36.冷变形金属在加热过程小要经历回复、再结晶、晶粒长大三个主要阶段 37.形变后的材料再升温时发生回复和再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在回复阶段 38.冷变形金属中产生大量的空位、位错等缺陷，这些缺陷的存在，加速了原子的扩散过程 39.FCC、BCC、HCP三种晶体结构中，塑性变形时最容易生成孪晶的是HCP 40.随着变形程度的增加，变形的抗力也增加，要继续变形，必须增加外力，这种现象叫做加工硬化 41.固态相变包括三种基本变化（1）晶体结构的变化（2）化学成分的变化（3）有序程度的变化 42.由相图可以知道材料的凝固或熔化温度及系统中可能发生的固态相变或其他相变。 43.由液相直接结晶出单相固溶体的过程，称为匀晶转变。 44.在晶体扩散模型中，间隙机制和空位机制是最重要的两种扩散机制。 45.在没有外部供给能量的条件下，形核功依靠液体本身存在的能量起伏来供给。 46.固态相变的驱动力是新相和母相的自由能差， 47.烧结速率的影响因素：颗粒半径、粘度、表面张力。 48.晶粒长大不是小晶粒的相互粘接，而是晶界移动的结果。 四川理工学院试卷（2009至2010学年第1学期） 课程名称：材料科学基础 命题教师：罗宏 适用班级：2007级材料科学与工程及高分子材料专业 考试（考查） 年 月 日 共 页 1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否 则视为废卷。 3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷 分别一同交回，否则不给分。 试题答案及评分标准 得分 评阅教师 一、判断题：（10分，每题1分，正确的记错误的记“％” 1?因为晶体的排列是长程有序的，所以其物理性质是各向同性。 （％ 2. 刃型位错线与滑移方向垂直。（话 3. 莱氏体是奥氏体和渗碳体的片层状混合物。（X ） 4?异类原子占据空位称为置换原子，不会引起晶格畸变。 （X 5. 电子化合物以金属键为主故有明显的金属特性。 （话 6. 冷拉后的钢条的硬度会增加。（话 7. 匀晶系是指二组元在液态、固态能完全互溶的系统。 （话 题号 -一- -二二 三 四 五 六 七 八 总分 评阅（统分”教师 得分 :题 * 冷 =要 密; 8.根据菲克定律，扩散驱动力是浓度梯度，因此扩散总是向浓度低的方向进行。（X 9. 细晶强化本质是晶粒越细，晶界越多，位错的塞积越严重，材料的强度也就 越高。（V ） 10. 体心立方的金属的致密度为 0.68。（V ） 、单一选择题：（10分，每空1分） (B) L+B — C+B （C ） L —A+B （D ） A+B^L 7. 对于冷变形小 的金属，再结晶核心形成的形核方式一般是（ A ） （A ） 凸出形核亚 （ B ）晶直接形核长大形核 （B ） 亚晶合并形核 （D ）其他方式 8. 用圆形钢饼加工齿轮，下述哪种方法更为理想？ （ C ） （A ）由钢板切出圆饼（B ）由合适的圆钢棒切下圆饼 （C ） 由较细的钢棒热镦成饼 （D ）铸造成形的圆饼 1. 体心立方结构每个晶胞有（B ） 个原子。 2. 3. (A) 3 ( B) 2 (C) 6 固溶体的不平衡凝固可能造成 （A ）晶内偏析 （C ）集中缩孔 属于＜100＞晶向族的晶向是（ (A) [011] (B) [110] (D) 1 (B) (D) (C) 晶间偏析 缩松 [001] (D) [101] 4.以下哪个工艺不是原子扩散理论的具体应用 （A ）渗氮 （B ）渗碳 （C ）硅晶片掺杂 （） （D ）提拉单晶5.影响铸锭性能主要晶粒区是（C ） （A ）表面细晶粒区 （B ）中心等轴（C ）柱状晶粒区 三个区影 响相同 6 ?属于包晶反应的是（A ） （ L 表示液相, A 、B 表示固相） (A) L+A — B 《材料科学基础》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分） 2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐 蚀如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近 5、什么是交滑移为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类固溶体在材料中有何意义 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在 8、应变硬化在生产中有何意义作为一种强化方法，它有什么局限性 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的如何消除 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点 14、临界晶核的物理意义是什么形成临界晶核的充分条件是什么 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行若不在γ-Fe相区进行会有什么结果 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理 19、位错密度有哪几种表征方式 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征（12分） 23、加工硬化的原因（6分） 24、柏氏矢量的意义（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数，（011）晶面间距是多少（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分） 31、某晶体的原子位于四方点阵的节点上，点阵的a=b，c=a/2，有一晶面在x，y，z轴的截距分别为6个原子间距、2个原子间距和4个原子间距，求该晶面的 材料科学基础考题 I卷 一、名词解释（任选5题，每题4分，共20分） 单位位错；交滑移；滑移系；伪共晶；离异共晶；奥氏体；成分过冷答： 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，称为交滑移。滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的a相依附于初生a相生长，将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。 奥氏体：碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。 成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。 二、选择题（每题2分，共20分） 1. 在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错（A ）分解为a/2[111]+a/2[l11]. （A）不能（B）能（C）可能 2. 原子扩散的驱动力是：（B ） （A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度 3?凝固的热力学条件为：（D ） （A）形核率（B）系统自由能增加 （C）能量守衡（D）过冷度 4?在TiO2中，当一部分Ti4+还原成Ti3+，为了平衡电荷就出现（A） （A）氧离子空位（B）钛离子空位（C）阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两 组元含量相等。 （A）通过三角形顶角的中垂线 （B）通过三角形顶角的任一直线 （C）通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度，其值范围是（B ） （A）1vk e 练习题 第三章 晶体结构，习题与解答 3-1 名词解释 （a ）萤石型和反萤石型 （b ）类质同晶和同质多晶 （c ）二八面体型与三八面体型 （d ）同晶取代与阳离子交换 （e ）尖晶石与反尖晶石 答：（a ）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c ）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d ）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e ）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a ）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b ）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a ）参见2-5题解答。1:1和2:1 （b ）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO ； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O ； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO 。 3-3 MgO 晶体结构，Mg2+半径为0.072nm ，O2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO 的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？ 第1页（共11页） ########2018-2019学年第二学期 ########专业####级《材料科学基础》期末考试试卷 （后附参考答案及评分标准） 考试时间：120分钟 考试日期：2019年6月 题 号 一 二 三 四 五 六 总 分 得 分 评卷人 复查人 一、单项选择题（请将正确答案填入表中相应题号处，本题13小题，每小题2分，共26分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 答案 1. 在形核-生长机制的液-固相变过程中，其形核过程有非均匀形核和均匀形核之分，其形核势垒有如下关系（ ）。 A. 非均匀形核势垒 ≤ 均匀形核势垒 B. 非均匀形核势垒 ≥ 均匀形核势垒 C. 非均匀形核势垒 = 均匀形核势垒 D. 视具体情况而定，以上都有可能 2. 按热力学方法分类，相变可以分为一级相变和二级相变，一级相变是在相变时两相自由焓相等，其一阶偏导数不相等，因此一级相变（ ）。 A. 有相变潜热改变，无体积改变 B. 有相变潜热改变，并伴随有体积改变 C. 无相变潜热改变，但伴随有体积改变 D. 无相变潜热改变，无体积改变 得分 专业 年级 姓名 学号 装订线 3. 以下不是材料变形的是（）。 A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 粘性变形 D. 刚性变形 4. 在固溶度限度以内，固溶体是几相？（） A. 2 B. 3 C. 1 D. 4 5. 下列不属于点缺陷的主要类型是（）。 A. 肖特基缺陷 B. 弗伦克尔缺陷 C. 螺位错 D. 色心 6. 由熔融态向玻璃态转变的过程是（）的过程。 A. 可逆与突变 B. 不可逆与渐变 C. 可逆与渐变 D. 不可逆与突变 7. 下列说法错误的是（）。 A. 晶界上原子与晶体内部的原子是不同的 B. 晶界上原子的堆积较晶体内部疏松 C. 晶界是原子、空位快速扩散的主要通道 D. 晶界易受腐蚀 8. 表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生，微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要，微裂纹长度，断裂强度。（） A. 越长；越低 B. 越长；越高 C. 越短；越低 D. 越长；不变 9. 下列说法正确的是（）。 A. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度上升 B. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度下降 C. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度上升 D. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度下降 10. 下列材料中最难形成非晶态结构的是（）。 A. 陶瓷 B. 金属 C. 玻璃 D. 聚合物 第2页（共11页） 一、名词： 相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？ 答：异分结晶；需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？ 答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。 三、书后习题 1、何谓相图？有何用途？ 答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？ 答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？ 答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低， 材料科学基础试题库 材料科学基础》试题库 一、选择 1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中________ 。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于________ 。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平衡水平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无______ 。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是_____ 。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_______ 。 A、原子互换机制 B、间隙机制 C、空位机制 6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为________ 。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的 c/a 为_____ 。 A、1.6 B、2 XV (2/3) C、“ (2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_________ o(其中Ko是平衡分配系数) A、 1 期末总复习 一、名词解释 空间点阵：表示晶体中原子规则排列的抽象质点。 配位数：直接与中心原子连接的配体的原子数目或基团数目。 对称：物体经过一系列操作后，空间性质复原；这种操作称为对称操作。 超结构：长程有序固溶体的通称 固溶体：一种元素进入到另一种元素的晶格结构形成的结晶，其结构一般保持和母相一致。 致密度：晶体结构中原子的体积与晶胞体积的比值。 正吸附：材料表面原子处于结合键不饱和状态，以吸附介质中原子或晶体内部溶质原子达到平衡状态，当溶质原子或杂质原子在表面浓度大于在其在晶体内部的浓度时称为正吸附； 晶界能：晶界上原子从晶格中正常结点位置脱离出来，引起晶界附近区域内晶格发生畸变，与晶内相比，界面的单位面积自由能升高，升高部分的能量为晶界能； 小角度晶界：多晶体材料中，每个晶粒之间的位向不同，晶粒与晶粒之间存在界面，若相邻晶粒之间的位向差在10°～2°之间，称为小角度晶界； 晶界偏聚：溶质原子或杂质原子在晶界或相界上的富集，也称内吸附，有因为尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。 肖脱基空位：脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位。 弗兰克耳空位：晶体中原子进入空隙形而形成的一对由空位和间隙原子组成的缺陷。 刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直的位错。 螺型位错：柏氏矢量与位错线平行的位错。 柏氏矢量：用来表征晶体中位错区中原子的畸变程度和畸变方向的物理量。 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错 派—纳力：位错滑动时需要克服的周围原子的阻力。 过冷：凝固过程开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 均匀形核：在过冷的液态金属中，依靠金属本身的能量起伏获得成核驱动力的形核过程。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 形核功：形成临界晶核时，由外界提供的用于补偿表面自由能和体积自由能差值的能量。 马氏体转变：是一种无扩散型相变，通过切变方式由一种晶体结构转变另一种结构，转变过程中，表面有浮凸，新旧相之间保持严格的位向关系。或者：由奥氏体向马氏体转变的 一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中，选出一个最佳答案， 共10小题；每小题2分，共20分) 1、材料按照使用性能，可分为结构材料和 。 A. 高分子材料； B. 功能材料； C. 金属材料； D. 复合材料。 2、在下列结合键中，不属于一次键的是： A. 离子键； B. 金属键； C. 氢键； D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关，如大多数金属均具有较高的密度是由于： A. 金属元素具有较高的相对原子质量； B. 金属键具有方向性； C. 金属键没有方向性； D.A 和C 。 3、下述晶面指数中，不属于同一晶面族的是： A. (110)； B. (101)； C. (011- ）；D. (100)。 4、 面心立方晶体中，一个晶胞中的原子数目为： A. 2； B. 4； C. 6； D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是： A. 8； B.12； C. 4； D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是： A. {111}； B. {110}； C. (100)； D. [111]。 7、立方晶体中（110）和（211）面同属于 晶带 A. [110]； B. [100]； C. [211]； D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是： A. <100>； B. [111]； C. <111>； D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带，则： A. 这些晶面必定是同族晶面； B. 这些晶面必定相互平行； C. 这些晶面上原子排列相同； D. 这些晶面之间的交线相互平行。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为：A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为： A. 肖脱基缺陷； B. 弗兰克缺陷； C. 线缺陷； D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力： 《材料科学基础》考试试卷（第一套） 课程号 6706601060 考试时间 120 分钟 一、 名词解释（简短解释，每题2分，共20分） 空间点阵 线缺陷 吸附 渗碳体组织 适用专业年级（方向）： 材 料 科 学 与 工 程 专 业 2006 级 考试方式及要求： 闭 卷 考 试 固态相变 稳态扩散 形核率 调幅分解 霍尔-配奇方程 平衡凝固 二、选择题（只有一个正确答案，每题1分，共10分） 1、弯曲表面的附加压力△P 总是( ) 曲面的曲率中心。 A.指向 B.背向 C.平行 D.垂直 2、润湿的过程是体系吉布斯自由能( )的过程。 A.升高 B.降低 C.不变 D.变化无规律 3、一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的( )相等，但其一阶偏微分不相等。 A.熵 B.体积 C.化学势 D.热容 4、固溶体合金的凝固是在变温下完成的，形成于一定温度区间，所以在平衡凝固条件下所得到的固溶体晶粒( ) A.成分内外不均匀 B.不同温度下形成的各晶粒成分是不同的 C.晶粒内外，晶粒形成不分先后，同母液成分是一致的 5、强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于( ) A.制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍 B.使位错增殖 C.使位错适当的减少 6、既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是( ) A.加工硬化 B. 固溶强化 C. 晶粒细化 7、根据显微观察，固液界面有两种形式，即粗糙界面与光滑界面，区分两种界面的依据是值大小( ) A. α<=2为光滑界面 B. α>=1为光滑界面 C. α>=5为光滑界面 8、渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行，这是因为( ) A. 碳在奥氏体中的扩散系数比在铁素体中大 B. 碳在奥氏体中的浓度梯度比在铁素体中大 C. 碳在奥氏体中的扩散激活能比在铁素体中小 9、界面能最低的相界面是( ) A. 共格界面 B. 孪晶界 C. 小角度晶界 10、铁碳合金组织中的三次渗碳体来自于( ) Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编 东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段，先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积_________，晶体密度_________；而有Schtty缺陷时，晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，_________是主要的；两种离子半径相差大时，_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下，组成分别为：(1) 0.2Na2O－0.8SiO2 ；(2) 0.1Na2O－0.1CaO－0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO－0.8SiO2 的三种熔体，其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导_________。0022.在Na2O－SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中，六方最紧密堆积与六方格子相对应，立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是_________方式相连。 几种强化加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。 强化机制：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。 细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。（2 分） 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。（2 分） 固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。 几种概念 1、滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转动到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。 3、屈服现象：低碳钢在上屈服点开始塑性变形，当应力达到上屈服点之后开始应力降落，在下屈服点发生连续变形而应力并不升高，即出现水平台（吕德斯带）原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成，位错的增殖。 4、应变时效：低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点，但是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热，在进行拉伸试验，则屈服点又重复出现，且屈服应力提高。 5、形变织构：随塑性变形量增加，变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。滑移和孪晶的区别 滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为伪共晶组合。 扩散驱动力：化学位梯度是扩散的根本驱动力。 一、填空题（20 分，每空格1 分） 1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2 2. 二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3?晶体的空间点阵分属于7大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b M c,a = B =Y =90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。 4. 合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。 5．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。此外还有孪生和扭 Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时 间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段，先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积_________，晶体密度_________；而有Schtty缺陷时，晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，_________是主要的；两种离子半径相差大时，_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下，组成分别为：(1) 0.2Na2O－0.8SiO2 ；(2) 0.1Na2O－0.1CaO－0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO－0.8SiO2 的三种熔体，其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导_________。0022.在Na2O－SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中，六方最紧密堆积与六方格子相对应，立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是_________方式相连。 0026.离子晶体生成Schttky缺陷时，正离子空位和负离子空位是同时成对产生的，同时伴随_________的增加。0027.多种聚合物同时并存而不是一种独存这就是熔体结构_________的实质。在熔体组成不变时，各级聚合物的数量还与温度有关，温度升高，低聚物浓度增加。 0028.系统中每一个能单独分离出来并_________的化学均匀物质，称为物种或组元，即组份。例如，对于食盐的水溶液来说，NaCl与H2O都是组元。而Na+、Cl－、H+、OH－等离子却不能算是组元，因为它们都不能作为独立的物质存在。 0029.在弯曲表面效应中，附加压力ΔP总是指向曲面的_________，当曲面为凸面时，ΔP为正值。 0030.矿化剂在硅酸盐工业中使用普遍，其作用机理各异，例在硅砖中加入1-3％[Fe2O3＋Ca2(OH)2]做矿化剂，能使大部分a-石英不断溶解同时不断析出a-磷石英，从而促进a-石英向磷石英的转化。水泥生产中 材料科学基础期末总结复习资料 1、名词解释 （1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 （2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称 为共晶转变。 （3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J 点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ （4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。 （5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析 （6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。 （7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。 （8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。 （9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。 （10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线 通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。 （11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬 度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 （12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。 （13）能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具 有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。 （14）垂直长大：对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子 位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续地向液相中生长，故这种长大方式为垂直生长。 （15）滑移临界分切应力：晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移 材料科学基础试卷(一) 一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分） 1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散 4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移 7 金属键与共价键8 全位错与不全位错9 共晶转变与共析转变 二、画图题（任选两题。每题6分，共12分） 1 在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。 2 画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。 3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。 4 以“固溶体中溶质原子的作用”为主线，用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。 三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共30 分） 1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些？ 2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。 3 二元相图中有哪些几何规律？ 4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？ 5 材料结晶的必要条件有哪些？ 6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？ 7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。 8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ 9 马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？ 10 哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？ 四、分析题（任选1题。10分） 1 计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。 2 由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。 3 试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。 五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111) [110].（15分） (1) 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量. (2) 如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向. (3) 如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向. (4) 在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何? (5) 如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错线受力的大小和方向。（点阵常数a=0.2nm)。 六、论述题（任选1题，15分） 1 试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。 2 试论固态相变的主要特点。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。 几种强化 加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度与硬度升高,而塑性与韧性降低的现象。 强化机制:金属在塑性变形时,晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎与纤维化,金属内部产生了残余应力。 细晶强化:就是由于晶粒减小,晶粒数量增多,尺寸减小,增大了位错连续滑移的阻力导致的强化;同时由于滑移分散,也使塑性增大。 弥散强化:又称时效强化。就是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制与绕过机制。(2 分) 复相强化:由于第二相的相对含量与基体处于同数量级就是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等,且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。(2 分) 固溶强化:固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用与化学交互作用。 几种概念 1、滑移系:一个滑移面与该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移:螺型位错在两个相交的滑移面上运动,螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍,会转动到另一滑移面上继续滑移,滑移方向不变。 3、屈服现象:低碳钢在上屈服点开始塑性变形,当应力达到上屈服点之后开始应力降落,在下屈服点发生连续变形而应力并不升高,即出现水平台(吕德斯带) 原因:柯氏气团的存在、破坏与重新形成,位错的增殖。 4、应变时效:低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点,但就是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热,在进行拉伸试验,则屈服点又重复出现,且屈服应力提高。 5、形变织构:随塑性变形量增加,变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。 滑移与孪晶的区别 滑移就是指在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定晶面与晶向,相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生:在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶:在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织,这种非共晶成分的共晶组织,称为伪共晶组合。 扩散驱动力:化学位梯度就是扩散的根本驱动力。 一、填空题(20 分,每空格1 分) 1、相律就是在完全平衡状态下,系统的相数、组元数与温度压力之间的关系,就是系统的平衡条件的数学表达式: f=C-P+2 2、二元系相图就是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3、晶体的空间点阵分属于7 大晶系,其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α= β=γ=90°,请列举除立方与正方晶系外其她任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交(任选三种)。 4、合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区与中心等轴晶区三部分。材料科学基础期末考试历届考试试题复习资料
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